CN116073396B - 面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法及系统 - Google Patents

面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法及系统，包括并网变流器和控制单元，并网变流器包括三相级联H桥变流器单元和中点钳位型三相四桥臂单元，三相级联H桥变流器单元的三相输出端分别连接三相配电网的三相线，中点钳位型三相四桥臂单元串联至三相级联H桥变流器单元的公共点；控制单元用于通过接地电容和接地电阻检测配电网状态，在配电网正常状态时控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿，在检测到配电网发生单相接地故障时进行故障选相并通过并网变流器输出无功补偿电流和消弧电流同时进行无功补偿和消弧。能够实现柔性消弧与无功补偿同时运行，提高设备的利用率和实用性。

Description

面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法及系统
技术领域
本发明涉及配电网消弧领域，特别涉及一种面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法及系统。
背景技术
配电网运行方式复杂，容易受环境等因素的影响导致故障频发，故障状态难以预测。在配电网的各类故障中，单相接地故障占的比重最大。随着新能源的大量接入，配电网电力电子化程度日益加剧，单相接地故障电流中有功分量和谐波分量的比例不断上升，电弧难以自行熄灭。如果不及时抑制，易发展成永久性单相接地故障，且可能引起系统过电压，导致绝缘击穿，造成相间短路。
根据不同消弧技术是否能实现故障电流的全补偿，可将现有消弧技术分为无源消弧技术与有源消弧技术两类。无源消弧装置主要有固定补偿式消弧线圈与自动调谐式消弧线圈。由于无源消弧装置中仅含有无源元件，因此只能补偿故障电流中的无功分量，并且随着现代电网的发展，无源消弧方法已经无法满足配电网的消弧需求。为实现故障电流的全补偿，有源消弧技术被提出，其标志性的特征是有源逆变器的使用。有源消弧技术通过由电力电子器件组成的逆变电路向配电网系统注入全补偿电流，不仅可补偿故障电流中的无功分量，还可补偿有功与谐波分量，从而达到有效抑制电弧电流的目的。目前，国内配电网有源消弧技术主要有以下几种：基于主从逆变器的有源消弧线圈方法、基于柔性接地控制的有源消弧方法以及基于级联H桥变流器的故障消弧方法等。
如图1所示，为基于级联H桥变流器的消弧方法示意图，该方式采用星形连接的三相级联H桥形式，三相级联H桥变流器单元串联滤波电感后直接挂接于配电网。在电网正常运行时，该装置可实现无功补偿，三相电压不平衡治理等功能；一旦发生单相接地故障，则控制级联H桥变流器分相向配电网注入消弧电流，补偿接地故障电流，抑制故障相电压，达到消弧的目的。但由于在消弧期间非故障相的装置需承受线电压，对设备耐压提出了更高要求，导致设备的成本变高且模块冗余，设计复杂。
如图2所示，为级联H桥变流器经消弧线圈接地的消弧方法示意图，该方式在三相级联H桥的公共点处接入可调消弧线圈，在单相接地故障期间，消弧线圈和三相级联H桥变流器单元均承受相电压，进而降低了设备的成本。但该方法补偿单相接地故障电流中的有功分量的场合，并且消弧线圈动态响应速度较慢，影响接地故障初期消弧效果。
如图3所示，为级联H桥变流器经单相变流器接地的消弧方法示意图，该方式在三相级联H桥的公共点处接入单相变流器，单相变流器在单相接地故障期间承担相电压，使三相级联H桥变流器单元两端电压接近于相电压，进而降低了设备的成本。但由于单相变流器在消弧期间需要消耗有功功率，因此直流侧需要增加额外的供能设备。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法及系统，能够实现柔性消弧与无功补偿同时运行，设计简单、降低了设备成本、提高设备的利用率和实用性。
根据本发明第一方面实施例的一种面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑系统，连接配电网，配电网的三相线上分别连接有一对互相并联的接地电容和接地电阻，包括：
并网变流器，所述并网变流器包括三相级联H桥变流器单元和中点钳位型三相四桥臂单元，所述三相级联H桥变流器单元的三相输出端分别连接三相配电网的三相线，所述中点钳位型三相四桥臂单元串联至所述三相级联H桥变流器单元的公共点，所述中点钳位型三相四桥臂单元的第四桥臂通过零序电感接地；
控制单元，所述控制单元用于检测配电网状态，在配电网正常时控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿，在检测到配电网发生单相接地故障时进行故障选相并通过并网变流器输出无功补偿电流和消弧电流同时进行无功补偿和消弧。
进一步的，所述中点钳位型三相四桥臂单元包括结构相同的第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和作为第四桥臂的第四NPC模块，还包括第一直流侧储能电容
Figure SMS_1
和第二直流侧储能电容/>
Figure SMS_2
，所述第一直流侧储能电容/>
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的负极和第二直流侧储能电容/>
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的正极相连，所述第一直流侧储能电容/>
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和第二直流侧储能电容/>
Figure SMS_6
的公共端与所述第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的直流侧中点相连，所述第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块的交流侧端子分别连接三相级联H桥变流器单元的一个对应端子，所述第四NPC模块的交流侧端子通过零序电感/>
Figure SMS_7
接地。
进一步的，所述第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块皆包括互相串联的第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一IGBT模块的连接所述第一直流侧储能电容
Figure SMS_8
的正极，所述第一IGBT模块的发射极连接所述第二IGBT模块的集电极，所述第二IGBT模块的发射极连接所述第三IGBT模块的集电极，所述第三IGBT模块的发射极连接所述第四IGBT模块的集电极，所述第四IGBT模块的发射极连接所述第二直流侧储能电容/>
Figure SMS_9
的负极，所述第一续流二极管的负极连接所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块的公共端，所述第一续流二极管的正极连接所述第二续流二极管的负极，所述第二续流二极管的正极连接所述第三IGBT模块和所述第四IGBT模块的公共端，所述第一续流二极管和所述第二续流二极管的公共端作为第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的直流侧中点，所述第二IGBT模块和所述第三IGBT模块的公共端作为第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的交流侧端子。
根据本发明第二方面实施例的一种面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法，包括以下步骤：
S100、控制单元检测配电网状态；
S200、控制单元在配电网正常运行状态时控制并网变流器产生无功补偿电流进行无功补偿；
S300、控制单元检测到配电网发生单相接地故障时进行故障选相并通过并网变流器注入无功补偿电流和消弧电流同时进行无功补偿和消弧。
进一步的，还包括以下步骤：
S400、注入无功补偿电流和消弧电流一段时间后，控制单元判断单相接地故障是否消除，若消除则判断配电网处于正常运行状态，若单相接地故障未消除则判定为永久性故障，选出故障线路并隔离。
进一步的，所述步骤S500中，控制单元判断单相接地故障是否消除的具体步骤为：
控制单元控制并网变流器减小输出电流，若检测到响应的零序电压同比例减小，则判定单相接地故障消除，否则判定单相接地故障未消除。
进一步的，所述步骤S100的具体步骤为
S101、控制单元测量对地参数；
S102、控制单元测量配电网中性点电压，若中性点零序电压变化量＞3%，则判定配电网发生单相接地故障，否则判定配电网处于正常运行状态。
进一步的，所述步骤S200的具体步骤为
S201、控制单元测量配电网负载侧的电压和电流；
S202、控制单元根据配电网负载侧的电压和电流计算并网变流器需要输出的无功补偿电流；
S203、控制单元控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿。
进一步的，所述步骤S300的具体步骤为
S301、控制单元检测到配电网发生单相接地故障；
S302、控制单元进行故障选相，计算并网变流器各相需要输出的电流；
S303、控制单元控制并网变流器给配电网的故障相输出无功补偿电流，给配电网的非故障相GCI同时输出无功补偿电流和消弧电流。
根据本发明实施例的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法及系统，至少具有如下有益效果：
本发明采用三相级联H桥变流器单元和中点钳位型三相四桥臂单元组成并网变流器，设计简单。当配电网正常运行时，控制单元控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿；当配电网发生单相接地故障时，控制单元控制并网变流器输出无功补偿电流和消弧电流同时进行无功补偿和消弧，本发明能够实现无功补偿功能以及柔性消弧功能的同时运行，大大提高了设备的利用率和实用性，并且中点钳位型三相四桥臂单元中的第四桥臂通过零序电感接地，在单相接地故障期间，装置的有源部分始终承担相电压，从而有效降低有源逆变器的容量和直流侧电压等级，降低了设备成本。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为现有技术中基于级联H桥变流器的消弧方法示意图；
图2为现有技术中级联H桥变流器经消弧线圈接地的消弧方法示意图；
图3为现有技术中级联H桥变流器经单相变流器接地的消弧方法示意图；
图4为本发明实施例中并网变流器的电路结构图；
图5为本发明实施例中包含并网变流器的配电网等效电路图；
图6为本发明实施例中配电网正常工作时的电流流向图；
图7为本发明实施例中配电网发生单相接地故障时的电流流向图；
图8为本发明实施例中面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法的流程图；
图9a为本发明实施例中
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、/>
Figure SMS_11
、/>
Figure SMS_12
的仿真波形图；
图9b为本发明实施例中
Figure SMS_13
的仿真波形图；
图9c为本发明实施例中
Figure SMS_14
、/>
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、/>
Figure SMS_16
的仿真波形图；
图9d为本发明实施例中
Figure SMS_17
、/>
Figure SMS_18
的仿真波形图；
图9e为本发明实施例中
Figure SMS_19
的仿真波形图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图4所示，为本发明实施例的一种面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑系统，连接配电网，配电网的三相线上分别连接有一对互相并联的接地电容和接地电阻，具体的，
Figure SMS_20
、/>
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、/>
Figure SMS_22
分别为A、B、C三相线路对地电阻；/>
Figure SMS_23
、/>
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、/>
Figure SMS_25
分别为A、B、C三相线路对地电容，配电网上还连接有接地故障过渡电阻/>
Figure SMS_26
。
面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑系统包括：并网变流器和控制单元。其中，并网变流器包括三相级联H桥变流器单元和中点钳位型(Neutral PointClamped, NPC)三相四桥臂单元，三相级联H桥变流器单元的三相输出端分别连接三相配电网的三相线，中点钳位型三相四桥臂单元串联至三相级联H桥变流器单元的公共点，中点钳位型三相四桥臂单元的第四桥臂通过零序电感接地；
具体的，本发明中三相级联H桥变流器单元由六个级联H桥模块和三个滤波电感
Figure SMS_34
构成，每两个级联H桥模块串联并通过一个滤波电感/>
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连接对应三相线，级联H桥模块包括由全控器件组成的PWM逆变器和第三直流侧储能电容/>
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。PWM逆变器由第五IGBT模块/>
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、第六IGBT模块/>
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、第七IGBT模块/>
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、第八IGBT模块/>
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和4个续流二极管构成，一端通过第六IGBT模块/>
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的发射极和第八IGBT模块/>
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的集电极的节点连接到另一个PWM逆变器或中点钳位型三相四桥臂单元，另一端通过第五IGBT模块/>
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的发射极和第七IGBT模块/>
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的集电极的节点连接到滤波电感/>
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。第三直流侧储能电容/>
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安装在PWM逆变器直流侧，第三直流侧储能电容/>
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的正极和第五IGBT模块/>
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的集电极相连，第三直流侧储能电容/>
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的负极和第七IGBT模块/>
Figure SMS_33
的节点发射极相连。
中点钳位型三相四桥臂单元包括结构相同的第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块，第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块分别对应A、B、C三相，第四NPC模块作为第四桥臂，还包括第一直流侧储能电容
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和第二直流侧储能电容/>
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，第一直流侧储能电容/>
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的负极和第二直流侧储能电容/>
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的正极相连，第一直流侧储能电容/>
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的正极分别连接第一NPC（Neutral Point Clamped）模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的一端，第二直流侧储能电容/>
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的负极分别分别连接第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的另一端，第一直流侧储能电容/>
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和第二直流侧储能电容/>
Figure SMS_44
的公共端与第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的直流侧中点相连，第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块的交流侧端子分别连接三相级联H桥变流器单元中的一个对应级联H桥模块，第四NPC模块的交流侧端子通过电感/>
Figure SMS_48
接地。
具体的，第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的结构相同，皆包括互相串联的第一IGBT模块S1、第二IGBT模块S2、第三IGBT模块S3、第四IGBT模块S4、第一续流二极管D1和第二续流二极管D2，第一IGBT模块S1的连接第一直流侧储能电容
Figure SMS_53
的正极，第一IGBT模块S1的发射极连接第二IGBT模块S2的集电极，第二IGBT模块S2的发射极连接第三IGBT模块S3的集电极，第三IGBT模块S3的发射极连接第四IGBT模块S4的集电极，第四IGBT模块S4的发射极连接第二直流侧储能电容/>
Figure SMS_54
的负极，第一续流二极管D1的负极连接第一IGBT模块S1和第二IGBT模块S2的公共端，第一续流二极管D1的正极连接第二续流二极管D2的负极，第二续流二极管D2的正极连接第三IGBT模块S3和第四IGBT模块S4的公共端，第一续流二极管D1和第二续流二极管D2的公共端作为第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的直流侧中点，第二IGBT模块S2和第三IGBT模块S3的公共端作为第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的交流侧端子。
控制单元连接用于检测配电网状态，在配电网正常状态时控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿，在检测到配电网发生单相接地故障时进行故障选相并通过并网变流器输出无功补偿电流和消弧电流同时进行无功补偿和消弧。
下面介绍面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑系统的工作原理：
需要说明的是，图4-图6中
Figure SMS_57
、/>
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、/>
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分别为A、B、C三相电网电压；/>
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、/>
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、/>
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分别为A、B、C三相电网电流/>
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、/>
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、/>
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分别为并网变流器的A、B、C三相输出电流，/>
Figure SMS_62
为并网变流器中第四桥臂的输出电流，即第四NPC模块的输出电流。
如图5所示为含本发明中并网变流器的配电网等效电路图，单相接地故障发生后，接地故障点与大地及配电网对地参数形成回路，配电网对地电流流经故障点形成故障电流。并网变流器可以等效为差模电压源和共模电压源，此时分别注入消弧电流和无功补偿电流，有效抑制了故障点电流，同时保证了在单相接地故障期间，电网仍然运行于单位功率因数。
如图6所示为电网正常运行时的电流流向图，此时控制
Figure SMS_65
为0，第四NPC模块相当于开路，此时无功补偿电流由并网变流器流向负载。
此时并网变流器的A、B、C三相承受相电压且输出无功补偿电流，即：
Figure SMS_66
(1)
其中，
Figure SMS_67
、/>
Figure SMS_68
、/>
Figure SMS_69
分别为A、B、C三相负载的无功电流。
如图7所示为单相接地故障时的电流流向图，此时并网变流器的第四NPC模块承担的电压为
Figure SMS_70
，并网变流器的A、B、C三相仍然承受相电压，实现了正序、负序和零序的解耦。故障相的并网变流器输出无功补偿电流，非故障相的并网变流器同时输出消弧电流和无功补偿电流，进而同时实现了无功补偿和消弧。
以C相为例，当C相发生单相接地故障，对D点列写KCL方程，并带入电压和网络参数得：
Figure SMS_71
(2)
设
Figure SMS_72
，/>
Figure SMS_73
，/>
Figure SMS_74
，则注入消弧电流取值为：
Figure SMS_75
(3)
此时并网变流器的A、B、C三相输出电流为消弧电流和无功电流之和，即：
Figure SMS_76
(4)
参考图8所示为本发明实施例的一种面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法，包括以下步骤：
S100、控制单元检测配电网状态；
具体的，控制单元检测配电网状态的具体步骤为：
S101、控制单元首先测量对地参数，对地参数包括对地电阻
Figure SMS_77
的阻值和对地电容
Figure SMS_78
的容值，测量方法为向配电网注入一定幅值和频率的电压，然后测量配电网中流过该频率的电流，即可计算出线路的对地参数；S102、测量配电网中性点电压，若中性点零序电压变化量＞3%，则判定发生单相接地故障。
S200、控制单元在配电网正常运行状态时控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿；
需要说明的是，本发明实施例中步骤S200的具体步骤为：
S201、控制单元测量配电网负载侧的电压和电流；
S202、当配电网未发生故障时，控制单元测量配电网负载侧的电压和电流，并根据式(1)计算得到并网变流器所需产生的无功补偿电流；
S203、控制单元控制并网变流器输出无功补偿电流至配电网进行无功补偿。
S300、控制单元检测到配电网发生单相接地故障时进行故障选相并通过并网变流器输出无功补偿电流和消弧电流同时进行无功补偿和消弧。
需要说明的是，本发明实施例中步骤S300的具体步骤为：
S301、控制单元检测到配电网发生单相接地故障；
S302、控制单元进行故障选相，并根据式(4)计算并网变流器各相需要输出的电流，包括消弧电流和无功补偿电流；
S303、控制单元控制并网变流器给配电网的故障相输出无功补偿电流，给配电网的非故障相同时输出无功补偿电流和消弧电流，实现无功补偿和消弧的同时运行。
本发明的控制方法还包括步骤S400，
S400、注入无功补偿电流和消弧电流一段时间后，也就是经短暂延时后，控制单元通过减小注入电流判断单相接地故障是否消除，根据电路齐性定理，在线性电路中，当激励电流减小时，响应的零序电压也将同比例减小，也就是当并网变流器减少注入补偿电流时，控制单元判断中性点电压是否呈比例变化，若是，则认为单相接地故障消除，控制并网变流器使配电网恢复正常运行，若否，则认为单相接地故障未消除，判定为永久性故障，选出故障线路并隔离。
需要说明的是，为了验证本发明的有效性和可行性，在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了仿真模型进行仿真分析，仿真参数如表1所示。0.8s~0.9s电网正常运行，并网变流器输出无功补偿电流；0.9s A相发生单相接地故障，并网变流器同时输出无功补偿电流和消弧电流；1.3s故障消除，此时并网变流器的第四桥臂电流为零，并网变流器的三相输出端输出无功补偿电流。
Figure SMS_79
由图9a和图9b可知，当正常运行时并网变流器的A、B、C三相输出无功补偿电流，而GCI第四桥臂输出电流为0，当A相发生单相接地故障时，此时并网变流器的A、B、C三相同时输出无功补偿电流和消弧电流，而并网变流器第四桥臂输出电流为总的消弧电流。由于在单相接地故障期间，故障点电压被抑制为0，A相对地电阻和电容没有电流流过，因此A相需要补偿的负载全部的无功功率，相比于电网正常运行期间，故障期间并网变流器的A相输出的无功补偿电流大。由图9c可知，在电网发生单相接地故障时，并网变流器公共点电压被抬升到
Figure SMS_80
，实现了正序、负序和零序的解耦，并网变流器的A、B、C三相依然承担相电压。由图9d和图9e可知，在单相接地故障期间，并网变流器同时实现了无功补偿与消弧，电网电压和电流同相位，故障电流从50A降低至0.8A，实现了单相接地故障电流的有效抑制。
本发明能够实现无功补偿功能以及柔性消弧功能的同时运行，大大提高了设备的利用率和实用性。并网变流器的第四桥臂通过零序电感接地，在单相接地故障期间承担相电压，从而有效降低有源逆变器的容量和直流侧电压等级，降低了设备成本。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑系统，连接配电网，其特征在于，包括：
并网变流器，所述并网变流器包括三相级联H桥变流器单元和中点钳位型三相四桥臂单元，所述三相级联H桥变流器单元的三相输出端分别连接三相配电网的三相线，所述中点钳位型三相四桥臂单元串联至所述三相级联H桥变流器单元的公共点，所述中点钳位型三相四桥臂单元的第四桥臂通过零序电感接地；
控制单元，所述控制单元用于检测配电网状态，在配电网正常状态时控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿，在检测到配电网发生单相接地故障时进行故障选相并计算并网变流器各相需要输出的消弧电流和无功补偿电流，然后通过并网变流器输出无功补偿电流和消弧电流同时进行无功补偿和消弧。
2.根据权利要求1所述的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑系统，其特征在于，所述中点钳位型三相四桥臂单元包括结构相同的第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和作为第四桥臂的第四NPC模块，还包括第一直流侧储能电容
Figure QLYQS_1
和第二直流侧储能电容/>
Figure QLYQS_2
，所述第一直流侧储能电容/>
Figure QLYQS_3
的负极和第二直流侧储能电容/>
Figure QLYQS_4
的正极相连，所述第一直流侧储能电容/>
Figure QLYQS_5
和第二直流侧储能电容/>
Figure QLYQS_6
的公共端与所述第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的直流侧中点相连，所述第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块的交流侧端子分别连接三相级联H桥变流器单元的一个对应端子，所述第四NPC模块的交流侧端子通过零序电感/>
Figure QLYQS_7
接地。
3.根据权利要求2所述的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑系统，其特征在于：所述第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块皆包括互相串联的第一IGBT模块、第二IGBT模块、第三IGBT模块、第四IGBT模块、第一续流二极管和第二续流二极管，所述第一IGBT模块的连接所述第一直流侧储能电容
Figure QLYQS_8
的正极，所述第一IGBT模块的发射极连接所述第二IGBT模块的集电极，所述第二IGBT模块的发射极连接所述第三IGBT模块的集电极，所述第三IGBT模块的发射极连接所述第四IGBT模块的集电极，所述第四IGBT模块的发射极连接所述第二直流侧储能电容/>
Figure QLYQS_9
的负极，所述第一续流二极管的负极连接所述第一IGBT模块和所述第二IGBT模块的公共端，所述第一续流二极管的正极连接所述第二续流二极管的负极，所述第二续流二极管的正极连接所述第三IGBT模块和所述第四IGBT模块的公共端，所述第一续流二极管和所述第二续流二极管的公共端作为第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的直流侧中点，所述第二IGBT模块和所述第三IGBT模块的公共端作为第一NPC模块、第二NPC模块、第三NPC模块和第四NPC模块的交流侧端子。
4.一种应用于权利要求1至3任意一项所述系统的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、控制单元检测并判断配电网处于正常运行状态还是发生单相接地故障；
S200、控制单元在配电网正常运行状态时控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿；
S300、控制单元检测到配电网发生单相接地故障时进行故障选相并通过并网变流器输出无功补偿电流和消弧电流同时进行无功补偿和消弧。
5.根据权利要求4所述的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S400、注入无功补偿电流和消弧电流一段时间后，控制单元判断单相接地故障是否消除，若消除则判断单相接地故障消除，配电网恢复正常运行，若单相接地故障未消除则判定为永久性故障，选出故障线路并隔离。
6.根据权利要求5所述的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法，其特征在于，所述步骤S400中，控制单元判断单相接地故障是否消除的具体步骤为：
控制单元控制并网变流器减小输出电流，若检测到响应的零序电压同比例减小，则判定单相接地故障消除，否则判定单相接地故障未消除。
7.根据权利要求4所述的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法，其特征在于，所述步骤S100的具体步骤为：
S101、控制单元测量对地参数；
S102、控制单元测量配电网中性点电压，若中性点零序电压变化量＞3%，则判定配电网发生单相接地故障，否则判定配电网处于正常运行状态。
8.根据权利要求4所述的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法，其特征在于，所述步骤S200的具体步骤为：
S201、控制单元测量配电网负载侧的电压和电流；
S202、控制单元根据配电网负载侧的电压和电流计算并网变流器需要输出的无功补偿电流；
S203、控制单元控制并网变流器输出无功补偿电流进行无功补偿。
9.根据权利要求4所述的面向配电网安全优质供电的异质模块混合拓扑方法，其特征在于，所述步骤S300的具体步骤为：
S301、控制单元检测到配电网发生单相接地故障；
S302、控制单元进行故障选相，计算并网变流器各相需要输出的电流；
S303、控制单元控制并网变流器给配电网的故障相输出无功补偿电流，给配电网的非故障相同时输出无功补偿电流和消弧电流。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2375552B1 (de) * 2010-04-07 2018-08-22 SMA Solar Technology AG Verfahren zur Betriebsführung eines Wechselrichters
CN106602916B (zh) * 2016-12-07 2018-10-16 合肥工业大学 一种混合电平三相四桥臂变流器装置及控制方法
SE541989C2 (sv) * 2017-05-24 2020-01-14 Swedish Neutral Holding Ab Anordning och metod för jordfelskompensering i kraftnät
CN107332227B (zh) * 2017-09-05 2019-02-19 国网湖南省电力公司 中性点不接地系统的单相接地故障电压消弧方法及系统
CN207819747U (zh) * 2018-01-09 2018-09-04 深圳市海思瑞科电气技术有限公司 一种三电平igbt驱动电路装置
CN111293914B (zh) * 2019-12-13 2022-05-27 东南大学 一种高性能中点箝位三电平非隔离逆变器及其开关控制时序
RU2771222C1 (ru) * 2021-01-13 2022-04-28 Акционерное общество "Сетевая компания" Способ определения поврежденного фидера при однофазном замыкании на землю в распределительной электрической сети
CN112865060B (zh) * 2021-02-01 2022-05-10 福州大学 一种四桥臂拓扑的配电网集成化消弧装置及方法
CN113872146B (zh) * 2021-11-18 2024-07-23 湖南大学 一种中性点混合式接地故障调控装置及方法
CN115800234A (zh) * 2022-12-13 2023-03-14 河海大学 一种基于h桥变流器与消弧线圈串联分压的配电网故障消弧系统与方法

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